JP5887651B2 - 車両の異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の異常検出方法に関する。特に車両の異常を走行中に容易に且つ安価に検出することができる車両の異常検出方法に関する。

従来より、鉄道車両の走行安全性を向上させるために、営業車両に種々のセンサを取り付け、営業車両が営業線を走行しているときの車両の状態を調べるオンライン・リアルタイム監視が行われており、車両の異常を走行時に検出することが行われている（例えば、特許文献１及び２参照）。

しかしながら、上記のようにして、走行時の車両の異常を検出しようとすると、全ての車両に種々のセンサを取り付けなければならず、センサの保守・点検等に手間が掛かるので、車両の異常の検出を容易に行えないと共に多額の費用が必要になるという問題がある。

特開２００９−２２０８１５号公報 特開２０１１−５１５１８号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、車両の異常を走行中に容易に且つ安価に検出することできる方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは、車両に種々のセンサを取り付けるのでなく、軌道にセンサを取り付けることを検討した。そして、軌道に車両の有する車輪の輪重を測定する輪重センサを取り付けた場合に、該輪重センサによって測定される車両の有する車輪の輪重のバランスが特定の車両異常によって崩れるという知見と、車両異常の種別によって輪重のバランスの崩れ方が異なるという知見を得た。

本発明は、上記の本発明者の知見に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は、前後に左右２対の車輪を有する台車を前後に１対具備する車両が軌道上を走行している際に、該車両の異常を検出する車両の異常検出方法であって、前記軌道に車輪の輪重を測定するための輪重センサを予め設ける設置ステップと、車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を前記車両異常の種別に応じて予め定める指標定義ステップと、前記軌道に設けられた輪重センサによって少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記指標定義ステップにおいて定めた指標の値を算出し、該算出した指標の値に基づいて、前記走行中の車両の異常を検出する検出ステップとを含み、前記指標定義ステップにおいて、前記車両異常の種別が１次ばね異常であるときの指標である１次ばね異常指標を下記の式（１）のように定め、前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記１次ばね異常指標の値を算出し、該算出した前記１次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に１次ばね異常が発生したと判断することを特徴とする車両の異常検出方法を提供する。
１次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（１）
ただし、式（１）において、Ｐ１〜Ｐ４は、いずれか一方の前記台車が有する車輪の輪重であり、Ｐ１は台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
本発明において、軌道に輪重センサを設けるとは、軌道を構成する左右のレールに輪重センサを取り付けることを意味する。
本発明によれば、軌道に設けた輪重センサによって測定した輪重に基づき車両の異常を検出するので、車両毎にセンサを取り付ける場合に比べて車両の異常を容易に且つ安価に検出することができる。また、車両異常の種別に応じた指標を定め、測定した輪重から算出したこの指標の値に基づき車両の異常を検出するので、車両異常の種別を判断することができる。
また、本発明によれば、前後の台車の内の少なくとも一方の台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を用いるので、指標の精度が高まる、すなわち車両の異常を精度良く検出できることが期待できる。
本発明において、１次ばね異常とは台車に設けられた１次ばねの異常であり、例えば、台車に設けられたコイルばねの折損である。
１次ばねは車輪毎に設けられており、いずれかの車輪の１次ばねが異常になると、その１次ばねが設けられた車輪に掛かっていた台車の重量は、その車輪の前後方向又は左右方向に隣接する車輪に掛かる。例えば、台車の前方右側に位置する車輪の１次ばねが異常になると、前方右側に位置する車輪に掛かっていた台車の重量は、前方左側に位置する車輪又は後方右側に位置する車輪に掛かり、後方左側に位置する車輪には掛からない。このように、１次ばね異常が発生すると、その影響は、１つの台車での位置関係に関し、１次ばね異常が発生した車輪と前後方向又は左右方向に隣接する車輪に及ぶことになる。
従って、台車の前方右側及び後方左側に位置する車輪のそれぞれの輪重の合計（Ｐ１＋Ｐ４）と、台車の前方左側及び後方右側に位置する車輪のそれぞれの輪重の合計（Ｐ２＋Ｐ３）との差の絶対値を評価することにより、１次ばね異常を検出することができる。このことから、１次ばね異常指標を式（１）のように定めることができる。
本発明によれば、１次ばね異常を容易に且つ安価に検出することができる。
尚、測定した輪重から算出した１次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、走行中の車両に１次ばね異常が発生したと判断することは、１次ばね異常指標と相関関係のある他の指標（例えば、１次ばね異常指標を標準化した指標）の値が、該他の指標に対して予め定めた基準値よりも大きいときに１次ばね異常が発生したと判断することを含む概念である。

また、前記課題を解決するため、本発明は、前後に左右２対の車輪を有する台車を前後に１対具備する車両が軌道上を走行している際に、該車両の異常を検出する車両の異常検出方法であって、前記軌道に車輪の輪重を測定するための輪重センサを予め設ける設置ステップと、車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を前記車両異常の種別に応じて予め定める指標定義ステップと、前記軌道に設けられた輪重センサによって少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記指標定義ステップにおいて定めた指標の値を算出し、該算出した指標の値に基づいて、前記走行中の車両の異常を検出する検出ステップとを含み、前記指標定義ステップにおいて、前記車両異常の種別が２次ばね異常であるときの指標である２次ばね異常指標を下記の式（２）のように定め、前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記２次ばね異常指標の値を算出し、該算出した前記２次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に２次ばね異常が発生したと判断することを特徴とする車両の異常検出方法を提供する。
２次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（２）
ただし、式（２）において、Ｐ１は前方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は前方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は前方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は前方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ５は後方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ６は後方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ７は後方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ８は後方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
本発明においても、軌道に輪重センサを設けるとは、軌道を構成する左右のレールに輪重センサを取り付けることを意味する。
また、本発明によっても、軌道に設けた輪重センサによって測定した輪重に基づき車両の異常を検出するので、車両毎にセンサを取り付ける場合に比べて車両の異常を容易に且つ安価に検出することができる。また、車両異常の種別に応じた指標を定め、測定した輪重から算出したこの指標の値に基づき車両の異常を検出するので、車両異常の種別を判断することができる。
また、本発明によっても、前後の台車の内の少なくとも一方の台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を用いるので、指標の精度が高まる、すなわち車両の異常を精度良く検出できることが期待できる。
本発明において、２次ばね異常とは台車に設けられた２次ばねの異常であり、例えば、台車に設けられた空気ばねの異常である。
２次ばねは前後の台車の左右それぞれ、換言すれば車両の前後左右に設けられており、いずれかの台車の２次ばねが異常になって車両の重量を支持できなくなると、その台車の２次ばねが設けられた側の車輪に掛かっていた車両の重量は、その２次ばねの前後又は左右方向に隣接する２次ばねの近傍の車輪に掛かることになる。
例えば、前方の台車の右側の２次ばねが異常になると、前方の台車の右側に位置する車輪（前後の車輪）に掛かっていた車両の重量は、前方の台車の左側に位置する車輪（前後の車輪）又は後方の台車の右側に位置する車輪（前後の車輪）に掛かり、後方の台車の左側に位置する車輪には掛からない。このように、２次ばね異常が発生すると、その影響は、車両での位置関係に関し、異常が発生した２次ばねと前後方向又は左右方向に隣接する２次ばねの近傍の車輪に及ぶことになる。
従って、前方の台車の右側及び後方の台車の左側に位置する車輪のそれぞれの輪重の合計（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ６＋Ｐ８）と、前方の台車の左側及び後方の台車の右側に位置する車輪のそれぞれの輪重の合計（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ７）との差の絶対値を評価することにより、２次ばね異常を検出することができる。このことから、２次ばね異常指標を式（２）のように定めることができる。
本発明によれば、２次ばね異常を容易に且つ安価に検出することができる。
尚、測定した輪重から算出した２次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、走行中の車両に２次ばね異常が発生したと判断することは、２次ばね異常指標と相関関係のある他の指標（例えば、２次ばね異常指標を標準化した指標）の値が、該他の指標に対して予め定めた基準値よりも大きいときに２次ばね異常が発生したと判断することを含む概念である。

また、前記課題を解決するため、本発明は、前後に左右２対の車輪を有する台車を前後に１対具備する車両が軌道上を走行している際に、該車両の異常を検出する車両の異常検出方法であって、前記軌道に車輪の輪重を測定するための輪重センサを予め設ける設置ステップと、車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を前記車両異常の種別に応じて予め定める指標定義ステップと、前記軌道に設けられた輪重センサによって少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記指標定義ステップにおいて定めた指標の値を算出し、該算出した指標の値に基づいて、前記走行中の車両の異常を検出する検出ステップとを含み、前記指標定義ステップにおいて、前記車両異常の種別が静止輪重アンバランス異常であるときの指標である第１静止輪重アンバランス異常指標、第２静止輪重アンバランス異常指標、第３静止輪重アンバランス異常指標及び第４静止輪重アンバランス異常指標をそれぞれ下記の式（３）、式（４）、式（５）及び式（６）のように定め、前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の値を算出し、該算出した前記第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の値のいずれかが予め定めたそれぞれの基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に静止輪重アンバランス異常が発生したと判断することを特徴とする記載の車両の異常検出方法としても提供される。
第１静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ５＋Ｐ７）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ６＋Ｐ８）｜・・・（３）
第２静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（４）
第３静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ５＋Ｐ８）−（Ｐ６＋Ｐ７）｜・・・（５）
第４静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３）＋（Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４）−（Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（６）
ただし、式（３）〜式（６）において、Ｐ１は前方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は前方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は前方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は前方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ５は後方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ６は後方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ７は後方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ８は後方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
本発明においても、軌道に輪重センサを設けるとは、軌道を構成する左右のレールに輪重センサを取り付けることを意味する。
また、本発明によっても、軌道に設けた輪重センサによって測定した輪重に基づき車両の異常を検出するので、車両毎にセンサを取り付ける場合に比べて車両の異常を容易に且つ安価に検出することができる。また、車両異常の種別に応じた指標を定め、測定した輪重から算出したこの指標の値に基づき車両の異常を検出するので、車両異常の種別を判断することができる。
本発明において、静止輪重アンバランス異常とは車両の有する８つの車輪に掛かる車両の重量のバランスが崩れる異常である。
静止輪重アンバランス異常の種別には、車両の左右の偏心、台車のねじれ、及び車両のねじれ等がある。
車両の左右の偏心は、車両の右側に位置する車輪の輪重の合計と、車両の左側に位置する車輪の輪重の合計とのバランスが崩れることなので、車両の左右の偏心に対応する静止輪重アンバランス異常の指標（第１静止輪重アンバランス異常指標）は、式（３）で表すことができる。
台車のねじれは、１つの台車における２つの対角方向のうち、一方の対角方向に位置する車輪の輪重の合計と、他方の対角方向に位置する車輪の輪重の合計とのバランスが崩れることなので、台車のねじれに対応する静止輪重アンバランス異常の指標（第２及び第３静止輪重アンバランス異常指標）は、式（４）及び式（５）で表すことができる。
車両のねじれは、車両における２つの対角方向のうち、一方の対角方向に位置する車輪の輪重の合計と、他方の対角方向に位置する車輪の輪重の合計とのバランスが崩れることなので、車両のねじれに対応する静止輪重アンバランス異常の指標（第４静止輪重アンバランス異常指標）は、式（６）で表すことができる。
本発明によれば、静止輪重アンバランス異常を容易に且つ安価に検出することができる。
尚、測定した輪重から算出したいずれかの静止輪重アンバランス異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、走行中の車両に静止輪重アンバランス異常が発生したと判断することは、各静止輪重アンバランス異常指標と相関関係のある他の指標（例えば、各静止輪重アンバランス異常指標を標準化した指標）が、該他の指標に対して予め定めた基準値よりも大きいときに静止輪重アンバランス異常が発生したと判断することを含む概念である。

さらに、前記指標定義ステップにおいて、前述した１次ばね異常指標、２次ばね異常指標及び第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の全てを定め、前記測定ステップにおいて、前記１対の台車が有する８つの車輪の輪重を測定し、前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記１次ばね異常指標の値、２次ばね異常指標の値及び第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の値の全てを算出することで、１次ばね異常、２次ばね異常及び静止輪重アンバランス異常の発生をまとめて判断することが好ましい。
ここで、車両の有する車輪の輪重を測定するには、軌道を構成する左右のレールに１対の輪重センサを取り付ければよく、輪重センサが設けられた箇所を通過する車輪の輪重を順次測定することにより、車両が有する車輪の輪重を全て測定することができるので、測定した輪重に基づき車両異常の種別に応じた指標の値を算出することができる。このとき、左右のレールに取り付けた各輪重センサの位置が車両の走行方向について互いに前後方向にズレていても、各輪重センサで測定された輪重から指標の値を算出することができる。しかしながら、左右のレールに取り付けた各輪重センサの位置が車両の走行方向について互いに前後方向にズレていると、各輪重センサで測定した輪重が同時に測定したものではないので、輪重の左右のバランスを精度良く測定できず、算出する指標の値の精度が悪くなる虞がある。
そこで、前記設置ステップにおいて、いずれか一方の前記台車が有する前後いずれか１対の車輪の輪重を同時に測定可能なように前記輪重センサを前記軌道に設けることが好ましい。
斯かる好ましい方法によれば、１つの台車が有する左右１対の車輪の輪重を同時に測定可能なように輪重センサが軌道の左右のレールに取り付けられるので、輪重の左右のバランスを精度良く測定でき、算出する指標の値の精度が良くなる。また、輪重センサが１対で良いので、低コストにすることができる。

あるいは、前記設置ステップにおいて、いずれか一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を同時に測定可能なように前記輪重センサを前記軌道に設けることが好ましい。
斯かる好ましい方法によれば、１つの台車が有する４つの車輪の輪重を同時に測定可能であるため、台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標の値、例えば１次ばね異常指標の値を精度良く算出することができる。

あるいは、前記設置ステップにおいて、前記車両が有する８つの車輪の輪重を同時に測定可能なように前記輪重センサを前記軌道に設けることが好ましい。
斯かる好ましい方法によれば、車両が有する８つの車輪の輪重を同時に測定可能であるため、車両が有する８つの車輪の輪重によって表される指標の値、例えば２次ばね異常指標の値や静止輪重アンバランス異常指標の値を精度良く算出することができる。

前記輪重センサとして、歪ゲージを用いて構成されたセンサを用いることが好ましい。

あるいは、前記輪重センサとして、ロードセルを用いることも可能である。

本発明によれば、車両異常を走行中に容易に且つ安価に検出することができる。

図１は、本実施形態に係る車両の異常検出方法に用いる車両異常検出装置の一例を示す構成図である。 図２は、レールに設けられた輪重センサを説明する図であり、図２（ａ）は、輪重センサを構成する歪ゲージがレールに貼られた状態を示す概略図であり、図２（ｂ）は、歪ゲージの結線図であり、図２（ｃ）は、歪ゲージで測定された輪重の波形を示す図である。 図３は、車両の構成図である。 図４は、台車の構成図である。 図５は、１次ばねが正常な場合と折損した場合との標準化１次ばね異常指標のグラフである。 図６は、２次ばねが正常な場合と故障した場合との標準化２次ばね異常指標のグラフである。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態に係る車両の異常検出方法について説明する。
図１は、本実施形態に係る車両の異常検出方法に用いる車両異常検出装置の一例を示す構成図である。
車両異常検出装置１は、軌道を構成する左右のレールＲに設けられ車両２の有する車輪３の輪重を測定する輪重センサ１１と、輪重センサ１１から送信された輪重のデータを演算し、後述する車両異常に関する指標を算出する演算部１２を備えている。
輪重センサ１１は、例えば、歪ゲージ１３を用いて構成されている。本実施形態では、輪重センサ１１が歪ゲージ１３を用いて構成されている場合を例として説明する。演算部１２には、車両異常を検出するための指標を算出するプログラムがインストールされている。
図２は、レールに設けられた輪重センサを説明する図であり、図２（ａ）は、輪重センサを構成する歪ゲージがレールに貼られた状態の概略図であり、図２（ｂ）は、歪ゲージの結線図であり、図２（ｃ）は、歪ゲージで測定された輪重の波形を示す図である。図２（ａ）では、歪ゲージを貼り付けられたレールの両側面の側面視を図の上下に展開して示している。
歪ゲージ１３からなる直交形抵抗歪計４枚（合計８ゲージ分）が２枚ずつレールＲの両側の側面（腹部）に貼り付けられている。そして、各歪ゲージ１３は、中立軸に対して４５°傾斜している。１つの輪重センサ１１は、このようにしてレールＲに貼られた４枚の直交形抵抗歪計を用いて構成されている。輪重センサ１１について更に説明すると、輪重センサ１１は、８個の歪ゲージ１３と、それらの歪ゲージ１３を結線する導線と、導線を覆うシールド等から構成されている。
この直交形抵抗歪計４枚を図２（ｂ）のように結線して車輪通過時の歪波形を記録すると、測定断面の歪波形が打ち消したり合成されたりして、図２（ｃ）に示すように、突起状の波形が記録される。この場合、突起の高さが輪重に比例する。
輪重センサ１１は、軌道を構成する左右のレールＲに１対、設けられている。輪重センサ１１が、通過する車輪３の輪重を順次測定することにより、車両２が有する車輪３の輪重を全て測定することができるので、測定した輪重から後述する車両異常の種別毎の各指標を演算部１２が算出することができる。このように、輪重センサ１１が１対で良いので、低コストにすることができる。

図３は、車両２の構成図であり、図４は、車台の構成図である。
車両２は、前後左右にそれぞれ車輪３を有する台車４を前後に１対具備する。
車輪３は、１次ばね５に支持されて台車４に取り付けられている。１次ばね５としては、例えばコイルばね５１を用いることができる。本実施形態では、コイルばね５１を用いている場合を例として説明する。そして、台車４は、左右に２次ばね６を有している。２次ばね６としては、例えば空気ばね６１を用いることができる。本実施形態では、空気ばね６１を用いている場合を例として説明する。
尚、以下の説明において、Ｐ１は前方台車の前方右側の車輪の輪重を、Ｐ２は前方台車の前方左側の車輪の輪重を、Ｐ３は前方台車の後方右側の車輪の輪重を、Ｐ４は前方台車の後方左側の車輪の輪重を、Ｐ５は後方台車の前方右側の車輪の輪重を、Ｐ６は後方台車の前方左側の車輪の輪重を、Ｐ７は後方台車の後方右側の車輪の輪重を、Ｐ８は後方台車の後方左側の車輪の輪重を示す。

車両異常を検出するには、車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の台車が有する４つの車輪３の輪重によって表される指標を車両異常の種別毎に予め定める（指標定義ステップ）。
車両異常の種別が１次ばね異常である場合について、説明する。
いずれかの車輪３の１次ばね５であるコイルばね５１が、例えば折損して輪重を支持できなくなると、そのコイルばね５１が設けられた車輪３に掛かっていた台車４の重量は、その車輪３の前後方向又は左右方向に隣接する車輪３に掛かる。例えば、台車４の前方右側の車輪３のコイルばね５１が折損すると、前方右側の車輪３に掛かっていた台車４の重量は、前方左側の車輪３又は後方右側の車輪３に掛かり、後方左側の車輪３には掛からない。このように、１次ばね異常が発生すると、その影響は、台車４での位置関係において、その車輪３と対角方向の位置の車輪３には及ばずに、前後方向又は左右方向に隣接する車輪３に及ぶことになる。
従って、前方台車４の前方右側及び後方左側の車輪３のそれぞれの輪重の合計（Ｐ１＋Ｐ４）と、前方台車４の前方左側及び後方右側の車輪３のそれぞれの輪重の合計（Ｐ２＋Ｐ３）との差の絶対値、又は、後方台車４の前方右側及び後方左側の車輪３のそれぞれの輪重の合計（Ｐ５＋Ｐ８）と、後方台車４の前方左側及び後方右側の車輪３のそれぞれの輪重の合計（Ｐ６＋Ｐ７）との差の絶対値を評価することにより、１次ばね異常を検出することができる。このことから、１次ばね異常指標を式（１１）及び式（１２）のように定めることができる。
１次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（１１）
１次ばね異常指標＝｜（Ｐ５＋Ｐ８）−（Ｐ６＋Ｐ７）｜・・・（１２）
そして、軌道に設けられた輪重センサ１１によって前方又は後方の台車４の内の少なくとも一方の台車４が有する４つの車輪３の輪重を測定する（測定ステップ）。指標が、４つの車輪の輪重によって表されるので、指標の精度が良くなる。
そして、測定された輪重データが演算部１２に送られ、演算部１２は、予めインストールされたプログラムによって１次ばね異常指標を算出する。オペレータは、算出された１次ばね異常指標が予め定めた基準値より大きければ、１次ばね異常が発生していると判断する（検出ステップ）。判断する基準値は、輪重センサ１１が設けられた箇所の軌道の曲率や車両の重量に応じて定めればよい。
このようにして、レールに設けた輪重センサ１１によって測定した輪重から得た１次ばね異常指標によって判断できるので、車両に種々のセンサを取り付ける場合に比べて１次ばね異常を容易に且つ安価に検出することができる。

次に、車両異常の種別が２次ばね異常である場合について説明する。指標定義ステップにおいて２次ばね異常指標を次のように定める。
２次ばね６である空気ばね６１は、前後の台車４の左側及び右側のそれぞれ、換言すれば車両２の前後左右に設けられている。いずれかの台車４の空気ばね６１が異常になって車両の重量を支持できなくなると、その台車４の空気ばね６１が設けられた側の車輪３に掛かっていた車両の重量は、その空気ばね６１の前後方向又は左右方向に隣接する空気ばね６１の近傍の車輪３に掛かることになる。
例えば、前方台車４の右側の空気ばね６１が異常になると、前方台車４の右側の車輪３に掛かっていた車両の重量は、前方台車４の左側の車輪３又は後方台車４の右側の車輪３に掛かり、後方台車４の左側の車輪３には掛からない。このように、空気ばね６１異常が発生すると、その影響は、車両２での位置関係において、その空気ばね６１と対角方向の位置にある空気ばね６１の近傍の車輪３には及ばずに、その空気ばね６１と前後方向又は左右方向に隣接する空気ばね６１の近傍の車輪３に及ぶことになる。
従って、前方台車右側及び後方台車左側の車輪３のそれぞれの輪重の合計（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ６＋Ｐ８）と、前方台車左側及び後方台車右側の車輪３のそれぞれの輪重の合計（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ７）との差の絶対値を評価することにより、２次ばね異常を検出することができる。このことから、２次ばね異常指標を式（１３）のように定めることができる。
２次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（１３）
そして、軌道に設けられた輪重センサ１１によって車両２が有する８つの車輪３の輪重を測定する（測定ステップ）。
そして、測定された輪重データが演算部１２に送られ、演算部１２は、予めインストールされたプログラムによって２次ばね異常指標を算出する。オペレータは、算出された２次ばね異常指標が予め定めた基準値より大きければ、２次ばね異常が発生していると判断する（検出ステップ）。判断する基準値は、輪重センサ１１が設けられた箇所の軌道の曲率や車両の重量に応じて定めればよい。
このようにして、レールに設けた輪重センサ１１によって測定した輪重から得た２次ばね異常指標によって判断できるので、車両に種々のセンサを取り付ける場合に比べて２次ばね異常を容易に且つ安価に検出することができる。

次に、車両異常の種別が静止輪重アンバランス異常である場合について説明する。指標定義ステップにおいて静止輪重アンバランス異常指標を次のように定める。
静止輪重アンバランス異常とは車両２の有する８つの車輪に掛かる車両２の重量のバランスが崩れている異常であり、静止輪重アンバランス異常には、車両２の左右の偏心、台車４のねじれ、及び車両２のねじれ等がある。
車両２の左右の偏心は、車両２の右側の車輪３の輪重の合計と、車両２の左側の車輪３の輪重の合計とのバランスが崩れることなので、車両２の左右の偏心による静止輪重アンバランス異常の指標は、式（１４）で表すことができる。
静止輪重アンバランス異常指標（１）＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ５＋Ｐ７）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ６＋Ｐ８）｜・・・（１４）
台車４のねじれは、台車４での２つの対角方向において、一方の対角方向にある車輪３の輪重の合計と、他方の対角方向にある車輪３の輪重の合計とのバランスが崩れることなので、台車４のねじれによる静止輪重アンバランス異常の指標は、式（１５）及び式（１６）で表すことができる。
静止輪重アンバランス異常指標（２）＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（１５）
静止輪重アンバランス異常指標（３）＝｜（Ｐ５＋Ｐ８）−（Ｐ６＋Ｐ７）｜・・・（１６）
車両２のねじれは、車両２での２つの対角方向において、一方の対角方向にある車輪３の輪重の合計と、他方の対角方向にある車輪３の輪重の合計とのバランスが崩れることなので、車両２のねじれによる静止輪重アンバランス異常の指標は、式（１７）で表すことができる。
静止輪重アンバランス異常指標（４）＝｜（Ｐ１＋Ｐ３）＋（Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４）−（Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（１７）
そして、軌道に設けられた輪重センサ１１によって車両２が有する８つの車輪３の輪重を測定する（測定ステップ）。
そして、測定された輪重データが演算部１２に送られ、演算部１２は、予めインストールされたプログラムによって静止輪重アンバランス異常指標（１）〜（４）を算出する。オペレータは、算出された静止輪重アンバランス異常指標（１）〜（４）のいずれかが予め定めたそれぞれの基準値よりも大きいときに、静止輪重アンバランス異常が発生していると判断する（検出ステップ）。判断する基準値は、輪重センサ１１が設けられた箇所の軌道の曲率や車両の重量に応じて定めればよい。
このようにして、レールに設けた輪重センサ１１によって測定した輪重から得た静止輪重アンバランス異常指標によって判断できるので、車両に種々のセンサを取り付ける場合に比べて静止輪重アンバランス異常を容易に且つ安価に検出することができる。
尚、上述した各検出ステップにおいて、車両異常の種別毎の指標の算出を演算部１２で行ったが、演算部１２を用いずに、人が算出してもよい。また、車両異常の種別毎の指標を基準値と比較して行う異常が発生しているか否かの判断を自動で行うようにしてもよい。

本実施形態では、１対の輪重センサ１１を左右のレールＲに設けて輪重を測定したが、このとき、車両の走行方向における左右の輪重センサ１１の位置が互いに前後方向にズレていても、測定された輪重から各指標を算出することができる。しかしながら、左右の輪重センサ１１の位置が互いに前後方向にズレていると、左右のレールＲでの輪重の測定値が同時に測定した輪重でないので、輪重の左右のバランスを精度良く測定できず、各指標の精度が悪くなる虞がある。
そこで、好ましくは、輪重センサ１１は、台車４が有する左右の１対の車輪の輪重を同時に測定可能なようにレールＲに設けるとよい。このことにより、輪重の左右のバランスを精度良く測定でき、各指標の精度が良くなる。

また、輪重センサ１１を、前後のいずれか一方の台車４が有する４つの車輪３の輪重を同時に測定可能なようにレールＲに設けてもよい。台車４が有する４つの車輪３の輪重を同時に測定するので、台車４が有する４つの車輪３の輪重によって表される指標、例えば１次ばね異常指標を精度良く算出することができる。
また、輪重センサ１１を、車両２が有する８つの車輪３の輪重を同時に測定可能なようにレールＲに設けてもよい。車両２が有する８つの車輪３の輪重を同時に測定するので、車両２が有する８つの車輪３の輪重によって表される指標、例えば２次ばね異常指標を精度良く算出することができる。

本実施形態では、輪重センサ１１として、歪ゲージ１３を用いた構成を例としたが、輪重センサ１１としてロードセルを用いてもよい。ロードセルをレールＲの下に設けて輪重を測定することができる。

また、本実施形態では、車両２の構成を、２軸の車輪を前後に有する台車を車両が前後に１対具備する構成としたが、他の構成でもよい。
例えば、１軸の車輪を有する台車を車両が前後に１対具備する構成や、３軸の車輪を有する台車を車両が前後に１対具備する構成や、２軸の車輪を前後に有する台車を車両が前後３台に有する構成でもよい。それぞれの構成の車両において、少なくとも台車が有する左右１対以上の車輪の輪重によって表される指標を車両異常の種別毎に定めればよい。

＜実施例１＞
コイルばねが正常である場合と、折損した場合とでの１次ばね異常指標の値の変化を、車両の走行速度及び乗車状況の条件を下記のようにして調べた。軌道は半径１２０ｍの円曲線区間とし、前方の台車の前方の外軌側と内軌側の車輪の１次ばねを折損させて調べた。輪重の測定は前方の台車の車輪で行った。
走行速度は、１０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈの２条件とした。
乗車状況は、空車、定員、２５０％満車の３条件とした。
そして、各条件の影響を比べ易いように、１次ばね異常指標そのものでなく、１次ばね異常指標を下記の式で標準化した標準化１次ばね異常指標で、コイルばねが正常である場合と、折損した場合とでのその値の変化を調べた。
標準化１次ばね異常指標＝｜（１次ばね異常指標−正常時台車ねじれ成分）｜／（基準車両重量の半分）
ただし、正常時台車ねじれ成分は、１次ばねが正常な場合で、空車状態で、走行速度が４０ｋｍ／ｈの時の下式の値とした。
正常時台車ねじれ成分＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜
また、基準車両重量は、１台車当たりの空車荷重である。
図５は、１次ばねが正常な場合と折損した場合との標準化１次ばね異常指標のグラフである。
外軌側の車輪でも内軌側の車輪でも、コイルばねが折損すると、車両の走行速度や乗車状況に拘らず、標準化１次ばね異常指標は、正常時よりも著しく大きくなっている。
従って、標準化１次ばね異常指標によって、１次ばねの異常を検出できる。この標準化１次ばね異常指標と１次ばね異常指標とは相関関係にあるので、当然に、１次ばね異常指標によって、１次ばねの異常を検出できる。
このように、標準化１次ばね異常指標を用いて１次ばねの異常を検出することは、１次ばね異常指標を用いて１次ばねの異常を検出することと実質的に同じである。

＜実施例２＞
空気ばねが正常である場合と故障した場合とでの２次ばね異常指標の値の変化を、車両の走行速度及び乗車状況の条件を下記のようにして調べた。軌道は半径１２０ｍの円曲線区間とし、前方台車の左、又は右の空気ばねの排気系、又は給気系を故意に故障させて調べた。走行速度は、１０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈの２条件とした。
乗車状況は、空車、定員、２５０％満車の３条件とした。
そして、各条件の影響を比べ易いように、２次ばね異常指標そのものでなく、２次ばね異常指標を下記の式で標準化した標準化２次ばね異常指標で、空気ばねが正常である場合と故障した場合とでのその値の変化を調べた。
標準化２次ばね異常指標＝｜（２次ばね異常指標−正常時車両ねじれ成分）｜／（基準車両重量）
ただし、正常時車両ねじれ成分は、２次ばねが正常な場合で、空車状態で、走行速度が４０ｋｍ／ｈの時の下式の値とした。
正常時車両ねじれ成分＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ７）｜
また、基準車両重量は、１台車当たりの空車荷重である。
図６は、２次ばねが正常な場合と故障した場合との標準化２次ばね異常指標のグラフである。
外軌側でも内軌側でも空気ばねの排気系又は給気系が故障すると、車両の走行速度や乗車状況に拘らず、標準化２次ばね異常指標は、正常時よりも著しく大きくなっている。
従って、標準化２次ばね異常指標によって、２次ばねの異常を検出できる。この標準化２次ばね異常指標と、２次ばね異常指標とは正の相関関係にあるので、当然に、２次ばね異常指標によって、２次ばねの異常を検出できる。
このように、標準化２次ばね異常指標を用いて２次ばねの異常を検出することは、２次ばね異常指標を用いて２次ばねの異常を検出することと実質的に同じである。

２・・・車両
３・・・車輪
４・・・台車
１１・・・輪重センサ
１３・・・歪ゲージ

Claims (9)

1. 前後に左右２対の車輪を有する台車を前後に１対具備する車両が軌道上を走行している際に、該車両の異常を検出する車両の異常検出方法であって、
   前記軌道に車輪の輪重を測定するための輪重センサを予め設ける設置ステップと、
   車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を前記車両異常の種別に応じて予め定める指標定義ステップと、
   前記軌道に設けられた輪重センサによって少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記指標定義ステップにおいて定めた指標の値を算出し、該算出した指標の値に基づいて、前記走行中の車両の異常を検出する検出ステップとを含み、
   前記指標定義ステップにおいて、前記車両異常の種別が１次ばね異常であるときの指標である１次ばね異常指標を下記の式（１）のように定め、
   前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記１次ばね異常指標の値を算出し、該算出した前記１次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に１次ばね異常が発生したと判断することを特徴とする車両の異常検出方法。
   １次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（１）
   ただし、式（１）において、Ｐ１〜Ｐ４は、いずれか一方の前記台車が有する車輪の輪重であり、Ｐ１は台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
2. 前後に左右２対の車輪を有する台車を前後に１対具備する車両が軌道上を走行している際に、該車両の異常を検出する車両の異常検出方法であって、
   前記軌道に車輪の輪重を測定するための輪重センサを予め設ける設置ステップと、
   車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を前記車両異常の種別に応じて予め定める指標定義ステップと、
   前記軌道に設けられた輪重センサによって少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記指標定義ステップにおいて定めた指標の値を算出し、該算出した指標の値に基づいて、前記走行中の車両の異常を検出する検出ステップとを含み、
   前記指標定義ステップにおいて、前記車両異常の種別が２次ばね異常であるときの指標である２次ばね異常指標を下記の式（２）のように定め、
   前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記２次ばね異常指標の値を算出し、該算出した前記２次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に２次ばね異常が発生したと判断することを特徴とする車両の異常検出方法。
   ２次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（２）
   ただし、式（２）において、Ｐ１は前方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は前方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は前方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は前方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ５は後方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ６は後方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ７は後方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ８は後方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
3. 前後に左右２対の車輪を有する台車を前後に１対具備する車両が軌道上を走行している際に、該車両の異常を検出する車両の異常検出方法であって、
   前記軌道に車輪の輪重を測定するための輪重センサを予め設ける設置ステップと、
   車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を前記車両異常の種別に応じて予め定める指標定義ステップと、
   前記軌道に設けられた輪重センサによって少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記指標定義ステップにおいて定めた指標の値を算出し、該算出した指標の値に基づいて、前記走行中の車両の異常を検出する検出ステップとを含み、
   前記指標定義ステップにおいて、前記車両異常の種別が静止輪重アンバランス異常であるときの指標である第１静止輪重アンバランス異常指標、第２静止輪重アンバランス異常指標、第３静止輪重アンバランス異常指標及び第４静止輪重アンバランス異常指標をそれぞれ下記の式（３）、式（４）、式（５）及び式（６）のように定め、
   前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の値を算出し、該算出した前記第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の値のいずれかが予め定めたそれぞれの基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に静止輪重アンバランス異常が発生したと判断することを特徴とする車両の異常検出方法。
   第１静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ５＋Ｐ７）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ６＋Ｐ８）｜・・・（３）
   第２静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（４）
   第３静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ５＋Ｐ８）−（Ｐ６＋Ｐ７）｜・・・（５）
   第４静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３）＋（Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４）−（Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（６）
   ただし、式（３）〜式（６）において、Ｐ１は前方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は前方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は前方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は前方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ５は後方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ６は後方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ７は後方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ８は後方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
4. 前後に左右２対の車輪を有する台車を前後に１対具備する車両が軌道上を走行している際に、該車両の異常を検出する車両の異常検出方法であって、
   前記軌道に車輪の輪重を測定するための輪重センサを予め設ける設置ステップと、
   車両異常を検出するための指標であって、少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重によって表される指標を前記車両異常の種別に応じて予め定める指標定義ステップと、
   前記軌道に設けられた輪重センサによって少なくとも一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記指標定義ステップにおいて定めた指標の値を算出し、該算出した指標の値に基づいて、前記走行中の車両の異常を検出する検出ステップとを含み、
   前記指標定義ステップにおいて、前記車両異常の種別が１次ばね異常であるときの指標である１次ばね異常指標を下記の式（１）のように定め、前記車両異常の種別が２次ばね異常であるときの指標である２次ばね異常指標を下記の式（２）のように定め、なお且つ、前記車両異常の種別が静止輪重アンバランス異常であるときの指標である第１静止輪重アンバランス異常指標、第２静止輪重アンバランス異常指標、第３静止輪重アンバランス異常指標及び第４静止輪重アンバランス異常指標をそれぞれ下記の式（３）、式（４）、式（５）及び式（６）のように定め、
   前記測定ステップにおいて、前記１対の台車が有する８つの車輪の輪重を測定し、
   前記検出ステップにおいて、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記１次ばね異常指標の値を算出し、該算出した前記１次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に１次ばね異常が発生したと判断し、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記２次ばね異常指標の値を算出し、該算出した前記２次ばね異常指標の値が予め定めた基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に２次ばね異常が発生したと判断し、なお且つ、前記測定ステップにおいて測定した輪重から、前記第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の値を算出し、該算出した前記第１〜第４静止輪重アンバランス異常指標の値のいずれかが予め定めたそれぞれの基準値よりも大きいときに、前記走行中の車両に静止輪重アンバランス異常が発生したと判断することを特徴とする車両の異常検出方法。
   １次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（１）
   ２次ばね異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（２）
   第１静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ５＋Ｐ７）−（Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ６＋Ｐ８）｜・・・（３）
   第２静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ３）｜・・・（４）
   第３静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ５＋Ｐ８）−（Ｐ６＋Ｐ７）｜・・・（５）
   第４静止輪重アンバランス異常指標＝｜（Ｐ１＋Ｐ３）＋（Ｐ６＋Ｐ８）−（Ｐ２＋Ｐ４）−（Ｐ５＋Ｐ７）｜・・・（６）
   ただし、式（１）において、Ｐ１〜Ｐ４は、いずれか一方の前記台車が有する車輪の輪重であり、Ｐ１は台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
   また、式（２）〜（６）において、Ｐ１は前方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ２は前方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ３は前方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ４は前方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ５は後方の台車の前方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ６は後方の台車の前方左側に位置する車輪の輪重を、Ｐ７は後方の台車の後方右側に位置する車輪の輪重を、Ｐ８は後方の台車の後方左側に位置する車輪の輪重を意味する。
5. 前記設置ステップにおいて、いずれか一方の前記台車が有する前後いずれか１対の車輪の輪重を同時に測定可能なように前記輪重センサを前記軌道に設けることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両の異常検出方法。
6. 前記設置ステップにおいて、いずれか一方の前記台車が有する４つの車輪の輪重を同時に測定可能なように前記輪重センサを前記軌道に設けることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両の異常検出方法。
7. 前記設置ステップにおいて、前記車両が有する８つの車輪の輪重を同時に測定可能なように前記輪重センサを前記軌道に設けることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両の異常検出方法。
8. 前記輪重センサとして、歪ゲージを用いて構成されたセンサを用いることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の車両の異常検出方法。
9. 前記輪重センサとして、ロードセルを用いることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の車両の異常検出方法。